Legjobb válasz
Egy hasonlat. Egy élő szervezetnek, legyen az baktérium vagy egyetlen sejt amőba / paramecium, vagy egy komplex, növény vagy állat, prokarióta és eukarióta sejtjei vannak. Mind lebontják az energiaforrásokat. A baktériumok, a prokarióták és az eukarióták anaerob légzéssel képesek ezt megvalósítani, anélkül, hogy O2 lenne redukciós forrás. Az oxigén „mágnesként” működik, amely elektronokat vonz a glükóz metabolizmusából a Krebs-cikluson keresztül. Ezek az elektronok segítenek az extra foszfátkötés kialakításában, átalakítva az ADP-t (adenozin-difoszfát) ATP -vé (adenozin-trifoszfát). A kémiai kötések az elektronokról szólnak. Az elektronok alkotják az elemek közötti kötéseket. Amikor ezek a kötések kialakulnak, az energia konzerválódik, egy endotermikus rxn, és megtartja annak lehetőségét, hogy megtörje és újra felszabadítsa a tárolt energiát. Amikor az energia felszabadul ezen elválasztott elektronkötések révén, ez exoterm rxn, míg a víz és a CO2 melléktermékek. Mindez a kémia az élő szövetsejtekben történik. Állati sejtekben a glükózt, a laktózt és más cukrokat oxigén kémiai utak fogyasztják vagy csökkentik. Más reduktorokat, például a ként, elsősorban baktériumok használnak.
Az oxigén alkalmazásával történő elektronkötés-felszabadulás másik példája a szén-szén kötések elégetése cukrokban, fában, szénben, olaj biotermékekben stb. Valójában a cukrok szénkötéseinek megszakadása a sejteken belül az égés egy formája, ha akarja, kontrollált égés. Csak azt mondom.
Válasz
Sejtlégzésre nincs szükség. Az erjesztés sokkal sokoldalúbb, mert nem függ az oxigén jelenlététől. Különböző típusú légzés létezik, attól függően, hogy mi az elektron akceptor. Ma az oxigén alapú légzés a leggyakoribb, mert az oxigén szinte mindenütt jelen van. A légzés azért hasznos, mert sokkal több hozamot ad a cukor lebomlásából, mint az erjesztés. A légzés korántsem szükséges, de ha oxigén van jelen, akkor ez az előnyös anyagcsereút.
A légzést gyakran összehasonlítják a fotoszintézissel, mert a modern, oxigén körülmények között szorosan együttműködnek. Fotoszintézis nélkül nem lenne hidrogénforrás, légzés nélkül pedig a fotoszintézis az összes CO2-t felemésztené, tehát nem lenne szénforrás. Annak érdekében, hogy lássuk, mi a legfontosabb, meg kell néznünk az evolúciót, hogy megtudjuk, mi volt a kettő eredete. az első oxigént a cianobaktériumok termelték. Mindkét hiedelem valószínűleg téves. Mielőtt oxigén volt a légkörben, az energia-anyagcsere egyáltalán nem jelentett problémát. A belső földből kifolyó hidrogén hidrogénnel töltötte meg az óceánokat. A foszfát mellett hidrogén és CO2 kombinációja volt a glikolízis és az energia forrása (metán képződésével). És az óceánokat feltöltő ammóniával kombinálva az RNS forrásai is a helyükön voltak. Annak ellenére, hogy a hidrogén (és a CO2) a szellőzőnyílásokon keresztül érkezett, az élet inkább egy foszfátforrás közelében keletkezhetett.
Az oxigént eredetileg valószínűleg a hidrogén térvesztesége okozta. Ha a víz megoszlik a felső légkörben, a hidrogénveszteség oxigént generál. Ez igazi kihívást jelentett az élet számára, mert az oxigén elpusztította a hidrogént. A légzés volt a megoldás erre a problémára. A fotoszintézis szükségessége csak akkor merült fel, amikor az oxigénszint elég nagy lett ahhoz, hogy túl sok hidrogént elpusztítson. hidrogénveszteség az űrbe, mint oxigénforrás. Ma már tudjuk, hogy másodpercenként 3 kg hidrogént veszít az űr. Ennél a sebességnél 1,4 milliárd évre lett volna szükség a légkör oxigénnel való feltöltéséhez, így nyilvánvaló, hogy nem ez az egyetlen légköri oxigénforrás. Az 1970-es években néhány olyan tudós állította, hogy a hidrogénveszteség 5-10-szer kisebb.
Az az elképzelés, miszerint a fotoszintézis lehetett a fő oxigénforrás, történelmileg szintén nagyon népszerűvé vált. Ezzel az ötlettel az a probléma, hogy nem volt rá szükség akkor, amikor az oxigén elkezdett megjelenni a légkörben. A szabad oxigén előtt elegendő mennyiségű szabad hidrogén volt az élethez.
Ennek természetes oka nélkül James Lovelock Lynn Margulisszal együttműködve egy másik, teleogógiai magyarázatot javasolt. Véleményük szerint Gaia irányította az evolúciót, és a cianobaktériumok oxigént termeltettek, ami 1 milliárd évvel később az oxigénszint növekedését eredményezte, ami a többsejtű életet részesítette előnyben. Ez a magyarázat tehát nem azonnali szükségleten alapul, hanem a távoli jövőben rejlő lehetőségen. Arisztotelész a teleológiát használta arra, hogy elmagyarázza, mi szükséges, amikor az ember létrehozásának végső célja volt. Ennek meglátásának másik módja, hogy a Lovelock / Margulis magyarázat holisztikus, míg az enyém redukcionista.Margulis kritizálta a redukcionizmust, mert az teljes egészében a fizika és a kémia törvényeire épül. Véleményem szerint ez a nézet előfeltétele, hogy az evolúció megértéséhez nincs szükség mágikus erőre, csak a (neo-) darwini mechanizmusokra van szükség.
A légköri oxigén előtti fotoszintézis másik problémája az UV sugárzás. Csak a felső vízrétegekben volt elegendő rendelkezésre álló fény, de az ózonréteg létrehozása előtt itt túl sok volt a káros UV sugárzás.
Annak ellenére, hogy nem volt szükség hidrogénforrásra, a fény hasznos energiaforrás volt . De az energiát fényben használni sokkal könnyebb, mint hidrogénforrásként használni. Az első fotóaktivitást ezért csak extra energiaforrásként használták fel az anyagcsere-reakciók előidézésére, és a membrános rodopsinon alapult. Ez a mechanizmus nem szükségszerűen, hanem opportunista extra energiaforrásként alakult ki.
Számos egyéb oka is van annak, hogy a hidrogénveszteség sokkal jobb ötlet az oxigénforráshoz. A szabad oxigén nagy részét szén, nitrogén, kén és vas oxidálására használták fel. Ha az összes oxigént fotoszintézis termelte, akkor ennek a termelésnek nyomainak kellett volna lennie nemcsak az elmúlt 500 millió évben, hanem az elmúlt 2 milliárd évben is. De az olaj- és szénkészletek mind az elmúlt 500 millió évből származnak. És csak akkor van nettó oxigéntermelés, ha a szerves anyagot eltemetik.
Az oxidált vas mennyisége azt mutatja, hogy a jelenlegi légkör legalább 200-szorosát kitevő oxigén termelődött, míg a szén és a az olaj sokkal kevesebb. Kimutatták, hogy az óceánok legalább 1/5-e eltűnt a hidrogénveszteség miatt, ami a jelenlegi oxigén atmoszféra közel 300-szorosát teszi ki. Ez azt jelenti, hogy a hidrogén vesztesége az űrbe sokkal nagyobb volt, mint manapság. Ez egészen logikus. Amíg a légkör oxigénszintjét alacsony szinten tartották (\%), a sztratoszféra atomi oxigénrétege sokkal vékonyabb volt, mint manapság. Ezáltal a víz ionoszférában történő hasításával keletkező hidrogén szabadon átjuthat az űrbe.
A légzés opportunista. Az organizmusok energiatermelési hatékonyságának javítása céljából jött létre. A leghosszabb és legösszetettebb elektrontranszportláncok adják a legnagyobb energiahozamot. A fotoszintézist a hidrogén iránti igény vezérli. A hozam annál alacsonyabb, minél hosszabb és összetettebb az elektrontranszportlánc. A fotoszintézis alkalmazkodott egy új elektrondonorhoz, amikor az alacsonyabb redukciós potenciállal rendelkező oxigénellátás miatt elérhetetlenné vált. Hasonló módon vált elérhetővé az oxidált vas. Ezáltal a légzés és a fotoszintézis egymás után épülhet fel, de először a légzés. Ma is láthatjuk az oxidatív légzésben, hogy egykor a vas volt a végpont. Ma ez egy köztes szakasz. A légzésben alkalmazott mechanizmusokat a fotoszintetizáló organizmusok örökölték.
Ma nagyon könnyű példákat találni a légző szervezetekre, mert szinte minden oxigén körülmények között létező organizmus lélegez. Ez magában foglal minden állatot, de minden növényt is. A fotoszintézis a fő anyagcsere napközben, de éjszaka egyáltalán nincs hatása.
Úgy gondolják, hogy az első eukarióták előtt, azaz 2,7 milliárd évvel ezelőtt létező egyetlen rekeszes organizmusok eltérőek típusú baktériumok. Hipotézisek szerint a legösszetettebb energia-anyagcserével rendelkező baktérium, a cianobaktériumok már 2,7 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek. Az egyszerűbb szervezetekről pedig azt állították, hogy 3,6 milliárd éves baktériumok. De ezek az organizmusok inkább az eukarióták, az RNS-világ „karyonjának” elődei voltak. A baktériumokat sokkal később, az eukarióták hozták létre, amikor mind álló, mind ingázó organellákat hoztak létre. Utóbbiak egy része baktériumgá vált, amikor gazdájuk kihalt. Részletesebben bemutattam, hogyan történt az RNS világból az eukariótákra való áttérés.